[發明專利]一種軸向并列式混合轉子電機

在審

• 申請號: 201710678090.3
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107579636A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 林鶴云;陽輝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/16;H02K1/27;H02K1/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

所屬領域

本發明涉及一種永磁電機技術，屬于混合轉子電機技術領域。

背景技術

永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)由于采用較高磁能積的傳統稀土永磁材料(如釹鐵硼)具有高功率密度、高效率、運行可靠和強過載能力等優勢，是電機學科的重要發展方向。得益于稀土永磁材料及電力電子技術的發展，PMSM在中小功率領域大量取代電勵磁電機，進而在航空航天、國防、工農業生產以及日常生活的各個領域得到了大規模應用。

內置式PMSM將永磁置于磁阻轉子內部，由于其凸極轉矩的存在，可實現轉矩密度的提升以及恒功率區運行范圍的有效拓寬，因此被廣泛應用于電動汽車場合，如雪佛蘭BOLT、寶馬i3、豐田prius等多款車型。眾所周知，電動汽車必須使用不僅高效而且輕型的部件，最常規的辦法是盡可能減少電動機的尺寸，增大電機的功率重量比。傳統的內置式PMSM中永磁轉矩和磁阻轉矩獲得最大值的電流角不同，這導致兩者不能被充分利用，從而減小了電機的功率重量比。

近些年來，為了增強電機的功率重量比，美國威斯康辛大學麥迪遜分校的電機學者托馬斯.李泊(T.A.Lipo)教授提出了一種磁阻偏移式電機的概念。這種拓撲結構利用在內置式PMSM轉子內部設置不對稱磁障，使得磁阻中心軸發生偏移，與永磁中心軸同相位，也就是說：永磁轉矩和磁阻轉矩分量在相同內功率因數角達到最大值，這使得電機的轉矩密度得到了進一步提高。然而，這種基本結構的電機的轉子結構存在著不足。由于永磁體處于轉子內部的開槽內，加工裝配工藝較為復雜，且機械強度不高，不適于高速運行；而且內置式永磁電機漏磁較多，永磁利用率有所降低，限制了其在電動汽車等應用場合的應用。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是提供一種軸向并列式混合轉子電機，解決電動汽車用傳統內置式永磁電機永磁轉矩分量和磁阻轉矩分量兩者達到最大時的內功率因數角不等，利用率不高，轉矩密度受限，永磁安裝不便，漏磁較大以及機械強度不夠等問題。這些問題限制了其在風力發電和電動汽車寬調速驅動場合的應用。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種軸向并列式混合轉子電機采用的技術方案是：在定子內該轉子電機軸向上同軸設置有永磁轉子和磁阻轉子，兩轉子在空間上處于軸向并列設置，且他們的直軸中軸線之間存在角度偏移。

所述的定子設在永磁轉子和磁阻轉子外部，包括電樞鐵心齒、定子軛和設于電樞鐵心齒上的電樞繞組，電樞鐵心齒設置在定子軛部與轉子之間，相鄰的電樞鐵心齒之間形成內凹的間槽，間槽用于置放纏繞于電樞鐵心齒上的電樞繞組。

所述的永磁轉子環體沿周向間隔布置有兩塊以上的釹鐵硼永磁體，釹鐵硼永磁體表面貼裝在轉子鐵心背軛的外圓周上。

所述的磁阻轉子呈多層磁障式結構，即該轉子內沿圓周設有多組磁障式結構，每一組由內至外順次設置有圓弧狀空氣槽，同心且沿半徑方向對稱的兩條空氣槽之間設有導磁橋，用于連接由相鄰的轉子鐵心層。

所述的永磁轉子與磁阻轉子極對數數目一致，且直軸中軸線之間的偏移夾角α_s滿足：

α_s＝|α_PMmax-α_SynRMmax| (1)

式中，α_PMmax表示永磁轉子達到最大轉矩的內功率因數角，α_SynRMmax表示磁阻轉子達到最大轉矩的內功率因數角。

所述的永磁轉子上的永磁體徑向充磁，沿永磁轉子周向布置的相鄰永磁體極性相反。

有益效果：

1、本電機將傳統表貼式永磁電機與同步磁阻電機相結合，空間利用率高，可以通過軸向直軸中心線的錯開提升電機永磁轉矩和磁阻轉矩的利用率，從而進一步提高電機的轉矩密度；

2、本電機解決了傳統內置式永磁電機永磁安裝不便，漏磁大以及機械強度不夠等劣勢，極大地簡化了電機整體結構；

3、本電機解決了傳統內置式永磁電機永磁體和磁阻設計難以權衡的問題，使得永磁轉矩和磁阻轉矩分量可以分別進行設計，提升了設計的空間自由度和永磁利用率；

4、本電機解決了傳統內置式電機氣隙諧波較多，鐵心損耗較大等問題，可以實現反電勢的高度正弦，并減少轉矩脈動，有利于電動汽車等領域的運行。

附圖說明

圖1為本發明的電機三維結構示意圖，其中箭頭方向表示XYZ軸方向；

圖2為本發明的電機的兩段轉子的截面圖以及兩者直軸中心線的角度偏移；